Question

【題目】天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25%,有關(guān)研究表明,宇宙中氦生成的途徑有兩種:一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的;二是在宇宙演化到恒星誕生后,由恒星內(nèi)部氫核聚變反應(yīng)生成的。

（1）把輕核聚變反應(yīng)簡化為4個(gè)氫核（H）聚變成氦核（He）,同時(shí)放出兩個(gè)正電子（e）和兩個(gè)中微子（ν）,請寫出氫核聚變反應(yīng)的方程式,并計(jì)算一次反應(yīng)釋放的能量。

（2）研究表明,銀河系的年齡約為t=3．8×1017s,每秒鐘銀河系產(chǎn)生的能量約為1×1037J（即P=1×1037J/s）,現(xiàn)假定該能量全部來自于上述輕核聚變反應(yīng),試估算銀河系中氦的質(zhì)量（最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字）。

（3）根據(jù)你的估算結(jié)果,對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷。

〔可能用到的數(shù)據(jù):銀河系質(zhì)量為M=3×1041kg,原子質(zhì)量單位1u=1．66×10-27kg,1u相當(dāng)于1．5×10-10J的能量,電子質(zhì)量Me=0．0005u,氦核質(zhì)量Mα=4．0026u,氫核質(zhì)量MH=1．0078u,中微子（ν）質(zhì)量為零。〕

Answer 1

【答案】（1）4+2+2γ 4.14×10-12J

（2）6.0×1039kg

（3）宇宙誕生后不久產(chǎn)生的

【解析】

試題（1）由質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒可知，

核反應(yīng)方程式為：，

核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損：△m=4mp﹣mα﹣2me，

釋放出的核能：△E=△mc2=4．14×10﹣12J；

（2）核反應(yīng)產(chǎn)生的氦的質(zhì)量：m=×mα=6×1039kg，

（3）氦的含量k==≈2%；

由估算結(jié)果可知，k≈2%遠(yuǎn)小于25%的實(shí)際值，

所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的．